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基于變電站自動化系統(tǒng)中的安全措施分析及應(yīng)用

點(diǎn)擊次數(shù):393 更新時間:2023-10-18

韓歡慶

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要:闡述變電運(yùn)行中的問題,電氣自動化系統(tǒng)與安全運(yùn)行措施,包括自動控制設(shè)備的投入,電氣自動

化與計(jì)算機(jī)技術(shù)相、設(shè)備數(shù)據(jù)的采集與處理、自動化系統(tǒng)的升級、人工智能技術(shù)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞:自動控制;數(shù)據(jù)采集;變電運(yùn)行

0引言

提升變電站自動化和安全管理水平,對保證整個行業(yè)的健康發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。就現(xiàn)階段的發(fā)展情況而言,隨著工業(yè)現(xiàn)場復(fù)雜程度的提高、用電容量的擴(kuò)大、自動化水平的提高,對于電力系統(tǒng)安全可靠性的要求也日益增長;同時隨著壓、特高壓技術(shù)的普遍應(yīng)用,電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大、影響不斷加劇,使得變電站運(yùn)行難度和抗故障能力需求也不斷提升,所以不斷提升其自動化水平,應(yīng)用運(yùn)行和管理手段,保證電力系統(tǒng)可靠運(yùn)行。

1變電運(yùn)行中的問題

1.1操作問題

隨著技術(shù)的發(fā)展變電站防誤操作措施日益完善,但對于整個變電系統(tǒng)而言,如果操作過程存在動作不規(guī)范的情況,就會造成范圍性影響,給一定區(qū)域內(nèi)的電力系統(tǒng)造成安全隱患,嚴(yán)重時甚至?xí)l(fā)生重大安全事故。具體操作環(huán)節(jié)可能存在因某一工作人員實(shí)際技能水平不符合規(guī)范要求,導(dǎo)致變電設(shè)備的某些功能無法正常發(fā)揮或者誤動作,從而發(fā)生設(shè)備異常等問題,進(jìn)而整個區(qū)域系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

1.2設(shè)備問題

變電系統(tǒng)運(yùn)行時,人們往往只重視整體效果,忽視了對線路和設(shè)備細(xì)節(jié)狀態(tài)的關(guān)注,因生產(chǎn)節(jié)奏緊張及系統(tǒng)關(guān)聯(lián)性等因素,無法停運(yùn)設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)檢修、維護(hù),加上周圍環(huán)境的影響作用,出現(xiàn)不同程度的老化和故障問題,造成變電設(shè)備潛在隱患,從而導(dǎo)致變電系統(tǒng)整體功能性缺陷。同時,隨著備的使用年限的增加,也會對變電系統(tǒng)造成不良影響,甚至引發(fā)安全事故。

1.3電網(wǎng)的系統(tǒng)性問題

目前,我國電力配電自動化系統(tǒng)并沒有發(fā)揮出更加實(shí)用性的功能,只是在一些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的新建項(xiàng)目得到了應(yīng)用和落實(shí),沒有實(shí)現(xiàn)大范圍的覆蓋和普及。雖然較大范圍的變配電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了保護(hù)的微機(jī)化,但對于變配電自動化乃至智能化的認(rèn)識不足,現(xiàn)實(shí)應(yīng)用存在較大差距。

2變電站的電氣自動化系統(tǒng)與安全運(yùn)行措施

2.1自動控制設(shè)備投入

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展,自動化、智能化開始成為時代發(fā)展的主流。故此,在變電系統(tǒng)運(yùn)行中,要加大對于相關(guān)設(shè)備的研發(fā)力度,使其在性能方面更加適用于變電站的建設(shè)與運(yùn)行往往和高額的建設(shè)成本相匹配,從而實(shí)現(xiàn)更高的價(jià)值。正因如此,在變電站運(yùn)行中要加大對于自動化設(shè)備的投入力度,增加各類運(yùn)行實(shí)時監(jiān)測、檢測技術(shù)的應(yīng)用,不斷提升變電站自動化水平。同時,提高設(shè)備的管理與維護(hù)的智能化,由此來保證設(shè)備運(yùn)行的精良性,為電力安全做出保障。

2.2電氣自動化與計(jì)算機(jī)技術(shù)相

  1. 智能巡檢

在電氣自動化運(yùn)行管理系統(tǒng)中,的巡檢手段是應(yīng)用機(jī)器人巡檢系統(tǒng)、在線設(shè)備狀態(tài)檢測系善巡檢各類監(jiān)測技術(shù),利用智能化技術(shù)手段對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行反復(fù)核查和處理,定期檢查變電站相關(guān)線路和設(shè)備元器件的運(yùn)行方法,保證故障問題可以在時間得到解決,從根本上維護(hù)變電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。

  1. 信號處理

將變電系統(tǒng)與自動化處理系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)合,通過日常運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)采集,結(jié)合大數(shù)據(jù)分析,對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行模擬,進(jìn)而提升操作系統(tǒng)的準(zhǔn)確性,保證變電安全,使得系統(tǒng)內(nèi)部各個零件之間實(shí)現(xiàn)管理,盡量避免安全隱患。

  1. 信息回傳

電氣自動控制系統(tǒng)可憑借自動處理功能對信息數(shù)據(jù)進(jìn)行及時且的回傳,確保故障信息均有對應(yīng)的處理指令,使計(jì)算機(jī)所具有的保護(hù)功能得到充分發(fā)揮,為變電站的安全、穩(wěn)定運(yùn)行提供支持。對運(yùn)行模式進(jìn)行糾正,及時發(fā)現(xiàn)并解決自動巡查相關(guān)模塊存在的故障。

2.3設(shè)備數(shù)據(jù)的采集與處理

在時代發(fā)展的推動之下,變電站逐步走向智能化發(fā)展進(jìn)程,設(shè)備運(yùn)行監(jiān)測等環(huán)節(jié)基本上實(shí)現(xiàn)自動化,在相關(guān)數(shù)據(jù)的采集處理方面及處理也可以部分智能化,不需要人工操作,程度上解放了勞動力。當(dāng)然,為了保證變電站能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時監(jiān)測,需要對電氣自動化技術(shù)進(jìn)行革新,根據(jù)對終端數(shù)據(jù)的分析結(jié)果來制定出更加科學(xué)的設(shè)備控制策略,從根本上保證設(shè)備監(jiān)測的性。另外,在數(shù)據(jù)采集方面,常規(guī)設(shè)備主要是針對站內(nèi)設(shè)備的電流、電壓等內(nèi)容進(jìn)行采集,隨著技術(shù)的發(fā)展,紅外成像、局部放電檢測、無線測溫、油樣色譜在線監(jiān)測等新技術(shù)的應(yīng)用逐漸普及,通過相應(yīng)的檢測手段輔助來了解變電站設(shè)備的運(yùn)行情況,可以根據(jù)實(shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)行分析匯總,從而提前判斷設(shè)備惡化趨勢、降低事故率,由此來實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

2.4電氣自動化系統(tǒng)的技術(shù)升級

對于電力系統(tǒng)運(yùn)行而言,變電站在其中所起到的作用至關(guān)重要,所以電力工作人員要重視起對于變電站的技術(shù)管理,由此來保證電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。在工作開展中,要注意將電氣自動化與技術(shù)升級相結(jié)合,具體需要做好以下方面工作:

(1)對操作人員進(jìn)行嚴(yán)格的規(guī)范管理,使其能夠在工作中合理運(yùn)用各項(xiàng)技術(shù),實(shí)現(xiàn)對于技術(shù)人員的約束管理;

(2)采用手段如數(shù)字孿生等實(shí)現(xiàn)沉浸式仿真模擬,對運(yùn)行、技術(shù)人員的能力以及技術(shù)進(jìn)行培訓(xùn),不斷提升自身能力;

(3)將變電站內(nèi)各類系統(tǒng),例如,變配電自動化、消防系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、微機(jī)防誤操作系統(tǒng)、設(shè)備在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、機(jī)器人巡檢系統(tǒng)等進(jìn)一步,使其能夠多方位聯(lián)動,切實(shí)保證電力安全運(yùn)行。

2.5變電運(yùn)行的優(yōu)化

在整個電網(wǎng)架構(gòu)中,變電站所起到的作用不言而喻,直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。而且隨著變電設(shè)備的日益化、自動統(tǒng),以自動化處理技術(shù)為發(fā)展技術(shù),實(shí)現(xiàn)智能巡檢。以保證系統(tǒng)安全運(yùn)行為主要前提條件,不斷完化,工作人員的技術(shù)水平、突發(fā)事故的應(yīng)對能力、故障綜合判斷分析能力,對于整個系統(tǒng)的可靠運(yùn)行更加重要。當(dāng)然,在工作的過程中,需要時刻謹(jǐn)記安全的準(zhǔn)則,將一切工作安排建立在安全的基礎(chǔ)之上,為了進(jìn)一步保證變電設(shè)備的安全性不受影響,工作人員需要從以下方面做出考量。

(1)在日常巡檢操作中需要對設(shè)備本身狀態(tài)進(jìn)行嚴(yán)格檢驗(yàn)分析,并且對各類信息綜合研判,為后續(xù)工作的開展提供依據(jù);

(2)要持續(xù)保持對于變電運(yùn)行巡檢的力度,實(shí)現(xiàn)對于各系統(tǒng)的排查,一旦發(fā)現(xiàn)問題要及時進(jìn)行處理,提升變電運(yùn)行的可靠性。

2.6基于人工智能技術(shù)的變電運(yùn)維管理

電網(wǎng)設(shè)備智慧運(yùn)維管理系統(tǒng)對供配電設(shè)備進(jìn)行全壽命周期的規(guī)范化、數(shù)字化管理的大數(shù)據(jù)和智能化運(yùn)維應(yīng)用。變電領(lǐng)域存在眾多的運(yùn)行數(shù)據(jù),在人工智能技術(shù)的應(yīng)用下,對變電站進(jìn)行運(yùn)營維護(hù),可以保證管理下的設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)得到實(shí)時監(jiān)測,將變電運(yùn)維管理工作實(shí)行得更加。將人工智能技術(shù)與設(shè)備運(yùn)行管理相結(jié)合,對變電站設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時跟蹤。通過電力運(yùn)行和維護(hù)過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息,構(gòu)建信息化人工智能技術(shù)的管理方法,實(shí)施智能電網(wǎng)的運(yùn)營。采用專家知識庫+AI智能學(xué)習(xí)技術(shù)的設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的計(jì)劃檢修方式;一旦設(shè)備在運(yùn)行期間出現(xiàn)故障,采用事故跳閘智慧分析系統(tǒng)替代人工判斷、查找事故原因,具有優(yōu)化電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)式、降低故障率、提升供配電設(shè)備壽命和供電可靠性等功能,可以提高變電設(shè)備管理的效率。通過數(shù)字孿生平臺VR技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)用可靠、安全、經(jīng)濟(jì)的虛擬場景替代高危險(xiǎn)性、高成本和部分不可操作的場景進(jìn)行職業(yè)技能培訓(xùn),用以不斷提高運(yùn)行人員基礎(chǔ)理論知識、日常巡檢、倒閘操作水平。

3安科瑞Acrel-1000變電站綜合自動化系統(tǒng)

3.1方案綜述

Acrel-1000變電站綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)在邏輯功能上由站控層、間隔層二層設(shè)備組成,并用分層、開放式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)連接。站控層設(shè)備包括監(jiān)控主機(jī),提供站內(nèi)運(yùn)行的人機(jī)聯(lián)系界面,實(shí)現(xiàn)管理控制間隔層設(shè)備等功能,形成全站監(jiān)控,并與遠(yuǎn)方監(jiān)控、調(diào)度通信;間隔層由若干個二次子系統(tǒng)組成,在站控層及站控層網(wǎng)絡(luò)失效的情況下,仍能獨(dú)立完成間隔層設(shè)備的就地監(jiān)控功能。

針對工程具體情況,設(shè)計(jì)方案具有高可靠性,易于擴(kuò)充和友好的人機(jī)界面,性能價(jià)格比*,監(jiān)控系統(tǒng)由站控層和間隔層兩部分組成,采用分層分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),站控層網(wǎng)絡(luò)采用TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)。站控層網(wǎng)絡(luò)采用單網(wǎng)雙機(jī)熱備配置。

3.2應(yīng)用場所:

適用于公共建筑、工業(yè)建筑、居住建筑等各行業(yè)35kV以下電壓等級的用戶端配、用電系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)視和控制管理。

3.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)


3.4系統(tǒng)功能

3.4.1實(shí)時監(jiān)測

Acrel-1000變電站綜合自動化系統(tǒng),以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運(yùn)行狀態(tài),實(shí)時監(jiān)測各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息,動態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開關(guān)、地刀等合、分閘狀態(tài)及有關(guān)故障、告警等信號。


3.4.2報(bào)警處理

監(jiān)控系統(tǒng)具有事故報(bào)警功能。事故報(bào)警包括非正常操作引起的斷路器跳閘和保護(hù)裝置動作信號;預(yù)告報(bào)警包括一般設(shè)備變位、狀態(tài)異常信息、模擬量或溫度量越限等。

1)事故報(bào)警。事故狀態(tài)方式時,事故報(bào)警立即發(fā)出音響報(bào)警(報(bào)警音量任意調(diào)節(jié)),操作員工作站的顯示畫面上用顏色改變并閃爍表示該設(shè)備變位,同時彈窗顯示紅色報(bào)警條文,報(bào)警分為實(shí)時報(bào)警和歷史報(bào)警,歷史報(bào)警條文具備選擇查詢并打印的功能。

事故報(bào)警通過手動,每次確認(rèn)一次報(bào)警。報(bào)警一旦確認(rèn),聲音、閃光即停止。

次事故報(bào)警發(fā)生階段,允許下一個報(bào)警信號進(jìn)入,即次報(bào)警不覆蓋上一次的報(bào)警內(nèi)容。報(bào)警處理具備在主計(jì)算機(jī)上予以定義或退出的功能。

2)對每一測量值(包括計(jì)算量值),由用戶序列設(shè)置四種規(guī)定的運(yùn)行限值(物理下限、告警下限、告警上限、物理上限),分別定義作為預(yù)告報(bào)警和事故報(bào)警。

3)開關(guān)事故跳閘到次數(shù)或開關(guān)拉閘到次數(shù),推出報(bào)警信息,提示用戶檢修。

4)報(bào)警方式。

報(bào)警方式具有多種表現(xiàn)形式,包括彈窗、畫面閃爍、聲光報(bào)警器、語音、短信、電話等但不限于以上幾種方式,用戶根據(jù)自己的需要添加或修改報(bào)警信息。


3.4.3調(diào)節(jié)與控制

操作員對需要控制的電氣設(shè)備進(jìn)行控制操作。監(jiān)控系統(tǒng)具有操作監(jiān)護(hù)功能,允許監(jiān)護(hù)人員在操作員工作站上實(shí)施監(jiān)護(hù),避免誤操作。

操作控制分為四級:

第控制,設(shè)備就地檢修控制。具有優(yōu)先級的控制權(quán)。當(dāng)操作人員將就地設(shè)備的遠(yuǎn)方/就地切換開關(guān)放在就地位置時,將閉鎖所有其他控制功能,只進(jìn)行現(xiàn)場操作。

級控制,間隔層后備控制。其與第三級控制的切換在間隔層完成。

第三級控制,站控層控制。該級控制在操作員工作站上完成,具有遠(yuǎn)方/站控層的切換。

第四級控制,遠(yuǎn)方控制,優(yōu)先級。

原則上間隔層控制和設(shè)備就地控制作為后備操作或檢修操作手段。為防止誤操作,在任何控制方式下都需采用分步操作,即選擇、返校、執(zhí)行,并在站級層設(shè)置操作員、監(jiān)護(hù)員口令及線路代碼,以確保操作的性和正確性。對任何操作方式,保證只有在上一次操作步驟完成后,才進(jìn)行下一步操作。同一時間只允許一種控制方式。

納入控制的設(shè)備有:35kV及以下斷路器;35kV及以下隔離開關(guān)及帶電動機(jī)構(gòu)的接地開關(guān);站用電380V斷路器;主變壓器分接頭;繼電保護(hù)裝置的遠(yuǎn)方復(fù)歸及遠(yuǎn)方投退連接片。

3)定時控制。操作員對需要控制的電氣設(shè)備進(jìn)行定時控制操作,設(shè)定啟動和關(guān)閉時間,完成定時控制。

4)監(jiān)控系統(tǒng)的控制輸出??刂戚敵龅慕狱c(diǎn)為無源接點(diǎn),接點(diǎn)的容量對直流為110V(220V)、5A,對交流為220V、5A。


應(yīng)用場合

型號

圖 片

保護(hù)功能

其他功能

35kV/10kV/

6kV進(jìn)線

AM6-L



三段式過流保護(hù)(帶方向、低壓閉鎖)、過負(fù)荷保護(hù)、PT斷線告警、逆功率保護(hù)、三相一次重合閘、低頻減載、檢同期、合環(huán)保護(hù)、斷路器失靈保護(hù);

操作回路、

雙以太網(wǎng)口、

雙485口、

2路4-20mA變

送輸出、

故障錄波、

GPS對時、

全電量測量

直流量測量

35kV/10kV/

6kV饋線

AM6-L

三段式過流保護(hù)(帶方向、低壓閉鎖)、過負(fù)荷保護(hù)、PT斷線告警、逆功率保護(hù)、三相一次重合閘、低頻減載、檢同期、合環(huán)保護(hù)、斷路器失靈保護(hù);

35kV主變

(2000kVA以上)

AM6-D2/

AM-3

兩圈變/三圈變差動速斷保護(hù)、比例制動差動保護(hù);

AM6-TB

變壓器后備保護(hù)測控、三段式過流保護(hù)(帶方向、復(fù)合電壓閉鎖)、非電量保護(hù)、啟動通風(fēng)保護(hù)、PT斷線告警、遙調(diào)升檔、遙調(diào)降檔、遙調(diào)急停;

35kV/10kV/

6kV廠用變

AM6-S

三段式過流保護(hù)(帶方向、復(fù)合電壓閉鎖)、零序過流、過負(fù)荷保護(hù)(告警/跳閘)、控故障告警、PT斷線告警、非電量保護(hù);

35kV電機(jī)

(2000kW以上)

AM6-MD

差動速斷保護(hù)、比例差動保護(hù)、過流、過負(fù)荷、堵轉(zhuǎn)等電機(jī)綜合保護(hù);

10kV/6kV

異步電機(jī)

AM6-M

兩段式過流/零序過流/負(fù)序過流保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)(告警/跳閘)、低電壓保護(hù)、PT斷線告警、堵轉(zhuǎn)保護(hù)、啟動超時、熱過載保護(hù)、電壓不平衡;

35kV/10kV/6kV

PT監(jiān)測

AM6-UB

PT并列/解列、PT監(jiān)測;

10kV/6kV

電容器

AM6-C

兩段式過流/零序過流保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)(告警/跳閘)、PT斷線告警、過電壓/欠電壓跳閘、不平衡電壓/電流保護(hù);

35kV/10kV/

6kV母聯(lián)

AM6-B

兩進(jìn)線備投/母聯(lián)備投/自適應(yīng)備投、聯(lián)切備投、三段式過流保護(hù)(帶方向、復(fù)合電壓閉鎖)、PT斷線告警、過負(fù)荷聯(lián)切/告警、檢同期、合環(huán)保護(hù);

5結(jié)語

近年來,電氣工程自動化水平有了顯著提升,變電站也逐漸向著智能化方向發(fā)展,在數(shù)據(jù)采集、操控、防雷技術(shù)等環(huán)節(jié)都開始應(yīng)用自動化技術(shù),地提升了變電站工作效率,進(jìn)一步保證電力系統(tǒng)運(yùn)行安全。參考文獻(xiàn)

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[2]李海,王慧,李瑛,肖星輝.變電站電氣自動化與電力安全運(yùn)行研究[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備,

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[3]陳貴州.變電站電氣自動化控制系統(tǒng)可靠性分析[J].電工技術(shù),2019(02):55-56+58.

[4]趙占國.變電站自動化系統(tǒng)中的安全措施分析[J].集成電路應(yīng)用,2023,40(01):156-157.

[5]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊2022.05版.

作者介紹:

韓歡慶,女,現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司,主要研究變電站綜合自動化系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)解決方案,


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